基于Spark 的零售交易数据挖掘分析与可视化

基于Spark 的零售交易数据挖掘分析与可视化

本文将带你通过 PySpark 进行电商数据的分析处理，并将结果保存为 JSON 文件，供前端展示。我们将从数据的读取、处理、分析到结果保存和网页展示，覆盖完整的数据流。项目结构如下：

1、Spark 分析数据
2、生成 JSON 文件
3、使用 Bottle 框架搭建简单 Web 服务器

项目简介

我们使用了 PySpark 来处理一个电商数据集，数据存储在 HDFS 上。通过 SQL 和 RDD 操作实现了多个业务需求分析，并最终将结果保存为 JSON 文件，用于前端展示。后端 Web 服务采用 Bottle 框架，提供静态文件服务和页面展示。

数据集介绍

数据集包括了以下字段：

InvoiceNo: 订单号
StockCode: 商品编码
Description: 商品描述
Quantity: 数量
InvoiceDate: 订单日期
UnitPrice: 商品单价
CustomerID: 客户编号
Country: 国家

1. 数据读取

首先，我们从 HDFS 中读取 CSV 文件作为 Spark 的 DataFrame，并通过 createOrReplaceTempView 创建 SQL 查询视图。代码如下：

# 从HDFS中读取数据集为DataFrame
df = spark.read.format('com.databricks.spark.csv').options(header='true', inferschema='true').load('../data/E_Commerce_Data.csv')
df.createOrReplaceTempView("data")

2. 分析任务

通过 SQL 查询和 RDD 操作，项目实现了以下 10 项数据分析任务：

1. 客户数最多的 10 个国家 通过 SQL 查询，统计每个国家的客户数，并选出客户数最多的 10 个国家：

defcountryCustomer():
    countryCustomerDF = spark.sql("SELECT Country,COUNT(DISTINCT CustomerID) AS countOfCustomer FROM data GROUP BY Country ORDER BY countOfCustomer DESC LIMIT 10")return countryCustomerDF.collect()

1. 销量最高的 10 个国家 统计每个国家的商品销量，并选出销量最高的 10 个国家：

defcountryQuantity():
    countryQuantityDF = spark.sql("SELECT Country,SUM(Quantity) AS sumOfQuantity FROM data GROUP BY Country ORDER BY sumOfQuantity DESC LIMIT 10")return countryQuantityDF.collect()

1. 各国总销售额分布 计算每个国家的销售额，结果按销售额大小进行排序：

defcountrySumOfPrice():
    countrySumOfPriceDF = spark.sql("SELECT Country,SUM(UnitPrice*Quantity) AS sumOfPrice FROM data GROUP BY Country")return countrySumOfPriceDF.collect()

1. 销量最高的 10 个商品 统计商品的销量，按销量大小选出销量最高的 10 个商品：

defstockQuantity():
    stockQuantityDF = spark.sql("SELECT StockCode,SUM(Quantity) AS sumOfQuantity FROM data GROUP BY StockCode ORDER BY sumOfQuantity DESC LIMIT 10")return stockQuantityDF.collect()

1. 商品描述的热门关键词 Top 300 通过对商品描述字段进行分词和词频统计，得到最热门的 300 个关键词：

defwordCount():
    wordCount = spark.sql("SELECT LOWER(Description) as description from data").rdd.filter(lambda line:line['description']isnotNone).flatMap(lambda line:line['description'].split(" ")).map(lambda word:(word,1)).reduceByKey(lambda a,b:a+b).repartition(1).sortBy(lambda x:x[1],False)
    wordCountSchema = StructType([StructField("word", StringType(),True),StructField("count", IntegerType(),True)])
    wordCountDF = spark.createDataFrame(wordCount, wordCountSchema)return wordCountDF.take(300)

1. 退货订单数最多的 10 个国家 统计退货订单数量最多的 10 个国家，退货订单的 InvoiceNo 以 ‘C’ 开头：

defcountryReturnInvoice():
    countryReturnInvoiceDF = spark.sql("SELECT Country,COUNT(DISTINCT InvoiceNo) AS countOfReturnInvoice FROM data WHERE InvoiceNo LIKE 'C%' GROUP BY Country ORDER BY countOfReturnInvoice DESC LIMIT 10")return countryReturnInvoiceDF.collect()

1. 月销售额随时间的变化趋势 通过提取 InvoiceDate 中的年份和月份，计算每月的销售额：

deftradePrice():
    result3 = formatData()
    result4 = result3.map(lambda line:(line[0]+"-"+line[1],line[3]*line[4]))
    result5 = result4.reduceByKey(lambda a,b:a+b).sortByKey()
    schema = StructType([StructField("date", StringType(),True),StructField("tradePrice", DoubleType(),True)])
    tradePriceDF = spark.createDataFrame(result5, schema)return tradePriceDF.collect()

1. 日销量随时间的变化趋势 计算每天的销售量变化趋势，提取 InvoiceDate 的年、月、日，并进行汇总：

defsaleQuantity():
    result3 = formatData()
    result4 = result3.map(lambda line:(line[0]+"-"+line[1]+"-"+line[2],line[3]))
    result5 = result4.reduceByKey(lambda a,b:a+b).sortByKey()
    schema = StructType([StructField("date", StringType(),True),StructField("saleQuantity", IntegerType(),True)])
    saleQuantityDF = spark.createDataFrame(result5, schema)return saleQuantityDF.collect()

1. 各国购买订单量与退货订单量的关系 通过联表查询，展示每个国家的购买订单量与退货订单量的关系：

defbuyReturn():
    returnDF = spark.sql("SELECT Country AS Country,COUNT(DISTINCT InvoiceNo) AS countOfReturn FROM data WHERE InvoiceNo LIKE 'C%' GROUP BY Country")
    buyDF = spark.sql("SELECT Country AS Country2,COUNT(DISTINCT InvoiceNo) AS countOfBuy FROM data WHERE InvoiceNo NOT LIKE 'C%' GROUP BY Country2")
    buyReturnDF = returnDF.join(buyDF, returnDF["Country"]== buyDF["Country2"],"left_outer")
    buyReturnDF = buyReturnDF.select(buyReturnDF["Country"],buyReturnDF["countOfBuy"],buyReturnDF["countOfReturn"])return buyReturnDF.collect()

1. 商品的平均单价与销量的关系 通过计算每个商品的平均单价和总销量，展示二者的关系：

defunitPriceSales():
    unitPriceSalesDF = spark.sql("SELECT StockCode,AVG(DISTINCT UnitPrice) AS avgUnitPrice,SUM(Quantity) AS sumOfQuantity FROM data GROUP BY StockCode")return unitPriceSalesDF.collect()

3. 数据结果保存

所有分析结果都以 JSON 格式保存到 static/ 目录。我们定义了一个简单的 save() 函数来处理文件写入：

defsave(path, data):withopen(path,'w')as f:
        f.write(data)

4. 使用 Bottle 框架搭建 Web 服务器

为了展示这些分析结果，我们使用了 Bottle 框架，提供静态文件服务。Web 服务器代码如下：

from bottle import route, run, static_file

@route('/static/<filename>')defserver_static(filename):return static_file(filename, root="./static")@route("/<name:re:.*\.html>")defserver_page(name):return static_file(name, root=".")@route("/")defindex():return static_file("index.html", root=".")

通过访问 /static/filename 可以获取生成的 JSON 文件，访问 / 可以加载主页 index.html。

5. 运行项目

运行项目非常简单，只需启动 Python 脚本，它将自动生成分析结果，并启动 Bottle Web 服务器。

python app.py

在浏览器中访问 http://localhost:9999 即可查看分析结果。

总结

通过 PySpark 处理海量电商数据，并将结果可视化，是数据分析和数据工程领域的典型场景。本项目展示了如何通过 Spark 进行数据的处理和分析，结合 Bottle 框架实现简单的 Web 服务，将结果供用户查看。

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